Schaltmechanismen in metastabilen Multischichtsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Lorenz Kienle; Dr. Andriy Lotnyk
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445693080

Tellurid-basierte Phasenwechselmaterialien (PCM) zur nicht-flüchtigen Datenspeicherung bilden ein intensiv und interdisziplinär bearbeitetes Forschungsfeld. Hierbei standen in der Vergangenheit homogene Dünnschichten des Systems Ge-Sb-Te im Fokus der Forschungen, welche durch Wärme, Anlegen eines Spannungspulses oder durch Bestrahlen mit Laserpulsen zwischen einer amorphen und einer kristallinen Phase reversibel geschaltet werden können. Dieser Phasenwechsel geht einher mit starken Änderungen der optischen und elektrischen Eigenschaften, die leicht ausgelesen werden können. Im vorliegenden Antrag wollen wir uns mit zwei neuartigen Phasenwechselsystemen befassen, nämlich amorphe bzw. kristalline Multischicht-Komposite, die im Gegensatz zu den etablierten Materialien noch zahlreiche Ansatzpunkte für Grundlagenforschungen auf höchstem Niveau bieten. Im Falle der kristallinen Multischichtsysteme (sog. iPCM) wird ein besonders energieeffizienter Schaltmechanismus diskutiert, der im Zusammenhang mit strukturellen Änderungen an den Grenzflächen der kristallinen Komponenten steht. Allerdings ist es noch nicht gelungen, bestehende Theorien bzgl. des Schaltmechanismus experimentell zu verifizieren. Im vorliegenden Projekt sollen Sb2Te3 und GeTe bzw. das neue Ge4Se3Te als Komponenten der Multischichten für beide Phasenwechselsysteme durch gepulste Laserablation (PLD) abgeschieden werden. Die Materialien sollen optisch, elektrisch und durch Heizen geschaltet werden und sowohl strukturell als auch funktionell charakterisiert werden. Ziel ist es hierbei, u. a. strukturelle Änderungen zu verschiedenen Schaltzeitpunkten zu identifizieren und aus diesen Daten mögliche Schaltmechanismen abzuleiten. Hierzu müssen u. a. Messstände zum elektrischen Schalten und zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften aufgebaut sowie lithographische Verfahren zur Strukturierung der Proben konzipiert werden. Eine synergistische Kombination von ex situ und in situ Methoden mit dem Schwerpunkt bei Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenographie soll mögliche Schaltmechanismen auf unterschiedlichen Längenskalen erfassen, sodass Struktureigenschaftsbeziehungen abgeleitet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Dr. Nicki Frank Hinsche